全方向倾斜和振动传感器 |
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| 申请号 | CN201510750656.X | 申请日 | 2006-01-17 | 公开(公告)号 | CN105448594A | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 西格诺奎斯特公司; | 发明人 | 惠特莫尔·B·小凯丽; 布莱恩·布莱兹; | ||||
| 摘要 | 传感器 (100)包含有第一导电元件(110)，第二导电元件(160)，和连接于第一导电元件(110)和第二导电元件(160)的电绝缘元件。该传感器(100)还包含复数个位于传感器(100)的腔(200)中的导电重物，其中腔(200)由第一导电元件(110)的至少一个表面，电绝缘元件的至少一个表面和第二导电元件(160)的至少一个表面确定。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种传感器，包含： |
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| 说明书全文 | 全方向倾斜和振动传感器[0002] 相关申请的交叉引用 [0003] 本申请是申请日为2006年1月13日，序列号为XX/XXX,XXX，名称为“全方向倾斜和振动传感器”的共同未决的续案申请为优先权的PCT专利申请，其全部公开的内容在这里被引用。本申请还以2005年1月18日申请的，序列号为11/037,497，名称为“全方向倾斜和振动传感器”的共同未决的美国专利申请为优先权，其全部公开的内容在这里被引用。 技术领域[0004] 本发明涉及传感器，而且特别地，涉及全方向倾斜和振动传感器。 背景技术[0005] 很多不同的电子倾斜和振动开关已经可以得到并被本领域技术人员所熟知。典型的，倾斜开关依赖其倾斜角度来转换电路的ON和OFF状态。这些类型的倾斜开关一般包含有位于倾斜开关中的自由移动的导电元件，当该导电元件被移动到一个特定的位置时，该导电元件会接触两个终端，从而形成一个导电通路。这种开关类型的例子便是求开关。令人遗憾的是，求已被证明会产生环境问题，因此导致求的使用被控制和含有录产品的价格升高，包括开关。 [0006] 为了替代求开关，较新的开关使用能在限制的区域内自由移动的导电元件。普及的导电元件为单个的金属球。具有单个金属球的倾斜开关可以根据倾斜开关的倾斜角度来转向ON和OFF。某些倾斜开关还包括隆起，凸起，或者凹口，这些用来防止金属球从关问的位置(ON)到打开的位置(OFF)的移动，除非是倾斜开关的倾斜角度超过了预定的角度。 [0007] 需要超过倾斜角度的倾斜开关的例子被美国专利No.5,136,157所提供，其在1992年8月4日授予Blair(此后‘，157专利)。‘157专利公开了具有金属球和两个被非导电元件分隔的导电终端片的倾斜开关。这两个导电终端片各自都有两个支持边。第一导电终端片的第一支持边和第二导电终端片的第一支持边支持金属球在它们之间，从而保持第一导电终端片和第二导电终端片之间电通信。保持第一导电终端片和第二导电终端片之间电路接通保持倾斜开关处于关闭的状态位置(ON)。为了把倾斜开关改变至打开的位置(OFF)，金属球需要被移动以使金属球不与第一导电终端片和第二导电终端片接触。所以，把倾斜开关改变至打开的位置(OFF)需要‘157专利的倾斜开关倾斜到超过预先设定的倾斜角度，从而将金属球从第一和第二导电终端片之间的位置移走。遗憾的是，不考虑倾斜角度，倾斜开关对检测的极小的动作没有用。 [0008] 提到振动开关，典型的振动开关具有很多部件用于保持至少一个导电元件在能够提供第一导电终端片和第二导电终端片之间电路接通的位置。具有很多部件的振动开关的例子被美国专利No.6,706,979所提供，在2004年3月16日授予Chou(以下称为‘979专利)。在Chou的一个实施方式中‘，979专利公开了一个振动开关，其具有包括含有上壁、下壁和第一电接触体的导电壳。导电壳的上壁和下壁限定了一个收容室。导电壳包含连接第一电接触体的电子终端，用来让电流穿过导电壳。第二电接触体，与导电壳分离，被放置在导电壳的较高的壁和较低的壁之间(即，在收容室内)。第二电接触体通过绝缘插头保持在调节室内的位置，绝缘插头有一个通孔，用来将电子终端安装其中。 [0009] 第一电接触体和第二电接触体都是凹形的以使第一和第二导电球在他们上面移动。特别地，导电球放置在容室中，与第一电接触体和第二电接触体相邻近。由于重力‘，979专利的第一实施方式的振动开关典型地处于关闭位置(ON)，从第一电接触体，到第一和第二导电球，到第二电接触体，最后到电子终端的电通信被保持。 [0010] 在可选择实施方式中‘，979专利公开了一个与上面实施方式不同的振动开关，它使第一电接触体与导电壳分离的，然而仍是放置在壳的较高和较低的壁之间，而且有另外的绝缘插头，通孔和电子终端。遗憾的是，除了费用较高以外‘，979专利中的振动开关的很多部分造成需要更多的时间来装配。 发明内容[0012] 本申请的实施方式提供了一种全方向倾斜和振动传感器及其制作方法。简要的描述，结构上，系统其它实施方式中的一个可以实现如下。传感器包含有第一导电元件，第二导电元件，以及连接于第一导电元件和第二导电元件的电绝缘元件。传感器还包含复数个位于传感器的腔的导电重物，其中腔由第一导电元件的至少一个表面，电绝缘元件的至少一个表面和第二导电元件的至少一个表面确定。 [0013] 本发明还可以被看作为提供了一种装配全方向倾斜和振动传感器的方法，其具有第一导电元件，第二导电元件，电绝缘元件和复数个导电重物。在这点上，这种方法的其它实施例方式中的一个将会通过下面步骤来大体地概括：至少将第一导电元件的远端部分安装在电绝缘构件的中空中心；将复数个导电重物放置在电绝缘构件的中空中心；至少将第二导电元件的远端部分安装在电绝缘构件的中空中心。 [0014] 通过下面附图和详细描述的审查，其他的系统，方法，特征和本发明的优点对本领域技术技术人员来说是明显的。也就是说所有这种其他的系统、方法、特征和优点都包含在说明书中，在本发明的范围内，并且受到本发明随附的权利要求的保护。 附图说明[0016] 图1为根据本发明第一示例性实施方式的全方向倾斜和振动传感器的分解透视图； [0017] 图2为图1第一端盖的横截面视图； [0018] 图3为图1中心构件的横截面视图； [0019] 图4为图1第二端盖的横截面视图； [0020] 图5为说明装配图1中全方向倾斜和振动传感器的方法的流程图； [0021] 图6A和图6B是根据本发明的第一示例性实施方式的图1中传感器处于关闭状态的横截面视图； [0022] 图7A、7B、7C和7D是根据本发明的第一示例性实施方式的图1中传感器处于打开状态的横截面视图； [0023] 图8为根据本发明的第二示例性实施方式的全方向倾斜和振动传感器的横截面图； [0024] 图9为根据本发明的第三示例性实施方式的传感器处于关闭状态的横截面图。 具体实施方式[0025] 下面的内容将描述全方向倾斜和振动传感器。该传感器包含最少数量的协同操作部分以使装配和使用不费力。图1是根据本发明的第一示例性的实施方式当前全方向倾斜和振动传感器100(此后，“传感器100”)的分解透视图。 [0026] 参照图1，传感器100包含第一端盖110，中心构件140，第二端盖160，和被具体为一对球形传导球190的多个重物(此后，传导球)。第一端盖110是可导电的，具有紧邻部分112和远端部分122。特别地，第一端盖110可以由高导电性和/或低反应性金属的合成物、导电塑料或者任何其它的导电材料构造。 [0027] 图2是第一端盖110的横截面图，参照该图可以更好地了解第一端盖110各部分的位置。第一端盖110的紧邻部分112是圆形的，直径为Dl，有平坦的端表面114。紧邻部分112的顶部表面116垂直于端表面114。顶部表面l16的宽度与第一端盖110的整个紧邻部分112的宽度一样。紧邻部分112还包含内表面118，位于紧邻部分112的一侧，与平坦的端表面114相对，顶部表面116垂直于内表面118。因此，紧邻部分112是圆盘的形状。 [0028] 值得注意的是，图2例示了第一端盖110的有平坦的远端表面114的紧邻部分112，并且第二端盖160的有平坦的表面164(图4)的紧邻部分162(图的，本领域普通技术人员可以知道紧邻部分112、162(图4)并不要求平坦的端表面的存在。反而，平坦的端表面114，164可能是凸起的或凹进的。此外，除了为圆形的，第一端盖110和第二端盖160形状可以是类正方形状的，或者它们可以是任何其它形状。使用圆形的端盖110、160仅仅是为示例目的而提供。端盖110、160的主要作用是提供一个连接使传入第一端盖110的电荷能够穿过传导球190并被第二端盖160接收，因此，只要保持传导路径，很多不同形状和大小的端盖110、160都可以被使用。 [0029] 这里所描述的顶部部分116，平坦的端表面114和内表面118的关系仅仅是为示例目的提供。作为选择，平坦的端表面114和内表面118可以有圆形或者其它轮廓的末端，导致紧邻部分112的顶部表面116为端表面114和内表面118的自然圆形的过渡。 [0030] 第一端盖110的远端部分122的形状是类管状的，其直径是D2，比紧邻部分112的直径Dl要小。第一端盖110的远端部分122包含顶部表面124和底部表面126。远端部分122的底部表面126确定了位于第一端盖110的远端部分122中心的圆柱形间隙128的外部部分。圆柱形间隙128的直径D3比远端部分122的直径D2要小。 [0031] 从第一端盖110的紧邻部分112到第一端盖110的远端部分122过渡由一个台阶确定，该台阶的顶部由紧邻部分112的顶部部分116限定，台阶的中部由紧邻部分112的内表面118限定，台阶的底部由远端部分122的顶部表面124限定。 [0032] 第一端盖110的远端部分122还包含连接顶部表面124和底部表面126的外表面130。值得注意的是图2显示的外表面130的横截面图中，与顶部表面124和底部表面126成直角，外表面130可以替代为圆形的或者不同的形状。 [0033] 图2中更好地显示出，第一端盖110的远端部分122是第一端盖110的紧邻部分112的延伸。此外，远端部分122的顶部表面124，外表面130与底部表面126形成了第一端盖110的圆柱形边缘。图2还显示出，第一端盖110的远端部分122还包含了内表面132，其直径等于或小于圆柱形的间隙128的直径D3。图2表明内表面132与平坦的端表面114平行，如后面所注，内表面132也可以替换为凹面的，圆锥形的或者半球形的。 [0034] 参照图1，传感器100的中心构件140形状是管状的，含有顶部表面142、紧邻表面144、底部表面146和远端表面148。图3是中心构件140的横截面图，参照图3可以更好的了解中心构件140各部分的位置。值得注意的是中心构件140并不要求是管状的。作为选择，中心构件140可以有不同的形状，例如但不限于方形的。 [0035] 中心构件140的底部表面146限定了一个中空的中心150，其直径D4比直径D2稍大(图2)，因此，可以将第一端盖110的远端部分122安装在中心构件140的中空的中心150中(图3)。此外，中心构件140的顶部表面142限定了中心构件140的外表面，中心构件140具有直径D5。值得注意的是Dl(即第一端盖110的紧邻部分112的直径)优选地比D5(即中心构件140的直径)稍大。当然，不同尺寸的中心构件140和端盖110、160也可被提供。此外，当传感器100被装配时，中心构件140的紧邻表面144与第一端盖110的内表面118相对安置。 [0036] 与第一端盖110和第二端盖160不同，中心构件140不是可导电的。例如，中心构件140可以由塑料，玻璃或者其他非导电材料制成。本发明的可选择的实施方式中，中心构件 140可以由高熔点的材料制成。其熔点要比普通使用的焊接材料高。在下面进一步详细解释，使中心构件140不导电确保传感器100提供的导电性是通过传导球190提供。特别地，第一端盖110和第二端盖160之间的中心构件140在第一端盖110和第二端盖160之间提供了非导电间隙。 [0037] 参照图1，第二端盖160是导电的，具有紧邻部分162和远端部分172。特别地，第二端盖160可以由高导电性和/或低反应性金属的组合物，导电塑料或者任何其它的导电材料构造。 [0038] 图4是第二端盖160的横截面图，参照该图可以用来更好的了第二端盖160各部分的位置。第二端盖160的紧邻部分162是圆形的，直径为D6，有平坦的端表面164。紧邻部分162的顶部表面166垂直于端表面164。顶部表面166的宽度与第二端盖160的整个紧邻部分 162的宽度相同。紧邻部分162还包含位于紧邻部分162一侧的内表面168，与平坦的端表面 164相对，顶部表面166垂直于内表面168。因此，紧邻部分162为圆盘形状。 [0039] 这里所描述的顶部部分166，平坦的端表面164和内表面168的关系仅仅是为示例目的而提供。作为选择，平坦的端表面164和内表面168可以具有圆形或者其它轮廓的末端，导致紧邻部分162的顶部部分166为端表面164和内表面168的自然圆形的过渡。 [0040] 第二端盖160的远端部分172形状是类管状的，其直径D7比紧邻部分162的直径D6要小。第二端盖160的远端部分172包含顶部表面174和底部表面176。远端部分172的底部表面176限定了位于第二端盖160的远端部分172中心的圆柱形间隙178的外部部分，圆柱形间隙178直径D8比远端部分172的直径D7要小。 [0041] 从第二端盖160的紧邻部分162到第二端盖160的远端部分172的过渡由一个台阶确定，该台阶的顶部由紧邻部分162的顶部部分166限定，台阶的中部由紧邻部分162的内表面168限定，台阶的底部由远端部分172的顶部表面174限定。 [0042] 第二端盖160的远端部分172还包含连接顶部表面174和底部表面176的外表面180。值得注意的是图4显示的横截面图中，外表面180与顶部表面174和底部表面176成直角，外表面180可以替代为圆形的或者不同的形状。 [0043] 图4中更好地示出，第二端盖160的远端部分172是第二端盖160的紧邻部分162的延伸。此外，远端部分172的顶部表面174，外表面180与底部表面176形成了第二端盖160的圆柱形边缘。图4还示出，第二端盖160的远端部分172还包含了内表面182，其直径等于或者小于圆柱形的间隙178的直径D8。图4表明内表面182平行于平坦的端表面164，内表面182也可以替换为凹面的，圆锥形的或者半球形的。 [0044] 值得注意的是第二端盖160的尺寸优选地与第一端盖110的尺寸相同。因此，中心构件140中空的中心150的直径D4也比第二端盖160的直径D7稍大，可以将第二端盖160的远端部分172装配在中心构件140的中空的中心150中。此外，直径D6(即第二端盖160的紧邻部分162的直径)优选地比D5(即中心构件140的直径)稍大。此外，当传感器100被装配时，中心构件140的远端表面148与第二端盖160的内表面168相对安置。 [0045] 参照图1，一对传导球190，包含第一传导球192和第二传导球194，装配在中心构件140内、在第一端盖110的第一远端部分122的圆柱形间隙128的一部分内，以及第二端盖160的圆柱形间隙178的一部分内。特别地，第一端盖110的内表面132、底部表面126和外表面 130，中心构件140的底部表面146，和第二端盖160的内表面182、底部表面176和外表面180形成了传感器100的中心腔200，用来限制传导球190。 [0046] 关于图6A、6B和7A-7D进一步说明了传导球190的位置。值得注意的是，图中当前所公开的两个传导球190是基本对称的，作为选择，一个球可以比另一个球大。特别地，只要其中描述的导电关系不变，导电关系可以由两个更大的球、一个球比另一个球大来、两个更小的球来保持，一个球更小来保持。值得注意的是，传导球190的形状可以由椭圆形，圆柱形或者任何其它的能够允许在中心腔内以与本文中描述的方法类似方法动作的形状来替代。 [0047] 由于采用了最少的部件，传感器100的组装十分简单。特别地，具有四个部件，也就是，第一端盖110，中心构件140，传导球190和第二端盖160。图5是说明装配图1中全方向倾斜和振动传感器100的方法的流程图。值得注意的是任何步骤描述或者流程图中的块应当被理解为表示模块，部分，代码的一部分或者包含一个或多个用来说明执行步骤中特殊逻辑功能的步骤，一些不按照图中说明或论述的顺序来实现功能的其他变更实现也被包含在本发明的范围中，包含基本并行的或相反的顺序，其取决于其包含的功能性，都应当被本领域的技术人员理解。 [0048] 如块202所示，第一端盖110的远端部分122被安装在中心构件140的中空的中心150中，以使中心构件140的紧邻部分144与第一端盖110的内表面118紧邻或者相接触。然后传导球190被放置在中心构件140的中空的中心150和圆柱形间隙128的部分中(块204)。第二端盖160的远端部分172被安装在中心构件140的中空的中心150中，以使中心构件140的远端表面148与第一端盖160的内表面168紧邻或者相接触(块206)。 [0049] 依照本发明的可选择实施方式，传感器100可以装配惰性气体，从而在中心腔200形成一个惰性的环境，从而降低传导球190被氧化的可能性。如本领域普通技术人员所知的那样，传导球190的氧化会导致传导球190传导性能的降低。此外，根据本发明另一个可选择的实施方式，第一端盖110，中心构件140和第二端盖160通过真空密封连接，从而防止污染物进入中心腔200。 [0050] 传感器100具有可以处于关闭或者打开状态的能力，取决于传导球190在传感器100的中心腔200中的位置。图6A和图6B是根据本发明第一实施方式的图1中传感器100处于关闭状态的横截面图。为了传感器100保持处于关闭的状态，进入第一端盖110的电荷需要穿过传导球190，被第二端盖160接收。 [0051] 参照图6A，传感器100处于关问状态，因为第一传导球192与第一端盖110的底部表面126接触，传导球192、194接触，第二传导球194与第二端盖162的底部表面176和内表面182接触，从而提供从第一端盖110，穿过传导球190到第二端盖160的导电路径。参照图6B，传感器100处于关闭状态，因为第一传导球192与第一端盖110的底部表面126和内表面132接触，传导球192、194接触，第二传导球194与第二端盖162的底部表面176接触，从而提供从第一端盖110，穿过传导球190到第二端盖160的导电路径。当然，也可提供其他第一和第二传导球190在传感器100的中心腔200中的排列，只要能够保持从第一端盖110，穿过传导球 190到第二端盖160的导电路径。 [0052] 图7A-7D是根据本发明第一实施方式的图1中传感器100处于打开状态的横截面图。为了使传感器100处于打开OFF状态，进入第一端盖110的电荷不能穿过传导球190被第二端盖160接收。参照图7A-7D，每个展示的传感器100都是打开的状态，因为传导球192没有与传导球194接触。当然，也可提供其他的第一和第二传导球190在传感器100的在中空腔200中的排列，只要能够保持没有从第一端盖110到传导球190，到第二端盖160的导电路径存在。 [0053] 图8是根据本发明的第二示例性实施方式的全方向倾斜和振动传感器300的横截面图。本发明的第二示例性实施方式中的传感器300包含位于第一端盖110的平坦端表面114上的第一结点302和位于第二端盖160的平坦端表面164上的第二结点304。结点302，304提供了用于使传感器300连接印刷电路板(PCB)接合焊盘的导电装置，其中PCB的接合焊盘有切入其中的口用于使传感器凹进口中。特别地，根据本发明的第一示例性实施方式和第二示例性实施方式的尺寸可以被选择以使得传感器能够安装在PCB的接合焊盘中。在PCB的接合焊盘可能有第一终端和第二终端。通过使用结点302、304，将传感器300放置在接合焊盘可能将结点302压在第一终端上，结点304压在第二终端上。本领域普通技术人员应该理解PCB接合焊盘的基本结构，因此，在这里就不提供接合焊盘进一步的解释了。 [0054] 值得注意的是，第一实施方式和第二实施方式中的传感器都具有相同的基本矩形的形状，从而使得PCB较容易地接纳传感器100、300。特别地，PCB中可以挖一个传感器100大小的孔(即第一和第二端盖110、160和中心构件140的大小)，使得传感器100可以落入孔中，传感器可以被装在接合焊盘上的结点302，304抓住以避免从孔中掉下。在本发明的第一示例性实施方式中，其中没有结点，端盖110、160可以直接安装在PCB上。 [0055] 在本发明的另一个可选实施方式中，两个传导球也可以用多于两个的传导球代替，或者当传感器100被移动时容易倾斜至滚动的其他形状。 [0056] 图9是根据本发明的示例性的第二实施方式的传感器400处于关问状态的横截面图。如图9所示，第一端盖410的内表面412是凹形的。此外，第二端盖420的内表面422是凹形的。图9的传感器400还包含第一结点430和第二结点432，其功能在某种意义上与本发明第二示例性实施方式中的结点302，304类似。具有凹的内表面412、422的传感器400能够保持传感器400在平常的关闭状态，这是由于内表面412、422的形状结合重力使传导球192、194挨近在一起。 [0057] 需要强调的是以上关于本发明实施方式的描述仅仅是可能的实施的例子，仅仅是为了清楚地阐明本发明的原理。在不背离本发明实质的精神和原理的情况下可以做许多变化和修改。所有的这些修改和变化都被认为是包含在公开的范围内，本发明由下面的权利要求所保护。 |
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